L'origine des matériaux formés à chaud dans les comètes

Les comètes sont des corps glacés, pourtant elles sont constituées de matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) formés à de très hautes températures. D'où viennent-ils ? Des chercheurs de l'Institut UTINAM (1) (CNRS/Université de Besançon) viennent d'en donner l'explication physique (La physique (du grec φυσικη) est étymologiquement la science de la nature. Son champ d'application actuel est néanmoins plus restreint : la physique décrit de façon à la fois...). Ils ont démontré comment ces matériaux ont migré depuis les parties les plus chaudes à l'intérieur du système solaire (Le système solaire est le nom donné au système planétaire composé du Soleil et des objets célestes gravitant autour de lui. Par extension, le terme système solaire peut parfois être employé pour désigner d’autres...) vers sa périphérie avant d'entrer dans la composition des comètes. Leurs résultats sont publiés dans le numéro de Juillet 2011 de la revue Astronomy & Astrophysics.

Après huit ans de voyage, la mission Stardust de la NASA (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de l'aéronautique et de l'espace ») plus connue sous son abréviation NASA, est l'agence gouvernementale responsable du programme spatial des...) (programme Discovery) rapportait sur Terre (La Terre, foyer de l'humanité, est surnommée la planète bleue. C'est la troisième planète du système solaire en partant du Soleil.), le 15 janvier 2006, des poussières de la comète (En astronomie, une comète est un petit astre brillant du système solaire, dont l'orbite a généralement la forme d'une ellipse très allongée, et souvent accompagné d'une longue traînée lumineuse due à l'interaction entre la comète à...) Wild 2. Les comètes se sont formées à des températures très faibles (près de 50 Kelvins soit -223°C). Pourtant, les analyses ont révélé que la comète Wild 2 était constituée de silicates cristallins et de CAIs (Calcium-Aluminium-rich Inclusions): des minéraux dont la synthèse nécessite de très hautes températures (supérieures à 1 000 Kelvins ou 727°C). Comment expliquer cette composition ?

Effet de la photophorèse sur une particule dans la nébuleuse primitive:
la particule bouge dans la direction opposée au Soleil en raison de la variation de pression (La pression est la force exercée sur une surface donnée.) du gaz (Au niveau microscopique, on décrit un gaz comme un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi indépendants (pour plus de détails, voir...) qui est chauffé côté "jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil...)" et refroidit côté "nuit".
© O. Mousis

Une équipe de l'Institut UTINAM, en collaboration avec des chercheurs de l'Institut de physique de Rennes (CNRS/Université de Rennes), de l'Université Duisburg Essen (Allemagne) et du laboratoire Astrophysique, instrumentation (Le mot instrumentation est employé dans plusieurs domaines :) et modélisation (CNRS/CEA/Université Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien, entre les confluents de la Marne et...) Diderot), apporte la réponse en se basant sur un phénomène physique, la photophorèse. Cette force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage (cf. les articles « force (vertu) » et...) dépend de deux paramètres: l'intensité du rayonnement solaire (En plus des rayons cosmiques (particules animées d'une vitesse et d'une énergie extrêmement élevées), le Soleil rayonne des ondes électromagnétiques dont le spectre s'étend des ondes décamétriques aux rayons gamma en passant par la lumière...) et la pression du gaz.

A la naissance du système solaire, les comètes se sont formées à partir du disque protoplanétaire (2). A l'intérieur de ce disque (Le mot disque est employé, aussi bien en géométrie que dans la vie courante, pour désigner une forme ronde et régulière, à l'image d'un palet — discus en latin.), un mélange (Un mélange est une réunion de deux ou plusieurs substances.) de grains solides de quelques microns à plusieurs centimètres baignait dans un gaz dilué laissant passer la lumière (La lumière désigne les ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 0,38 à 0,78 micron (380 nm à 780 nm ; le...) du Soleil. D'après les chercheurs, la photophorèse a entraîné des particules vers la périphérie du disque. Sous l'effet du rayonnement (Le rayonnement est un transfert d'énergie sous forme d'ondes ou de particules, qui peut se produire par rayonnement électromagnétique (par exemple : infrarouge) ou par une désintégration (par exemple :...) solaire, les grains présentaient une face "plus chaude" que l'autre et le comportement des molécules de gaz à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière...) de ces grains était modifié: du côté "soleil", les molécules de gaz étaient plus instables et se déplaçaient plus rapidement que du côté "froid". Provoquant une différence de pression, ce déséquilibre a éloigné le grain (En météorologie maritime: Un grain est un vent violent et de peu de durée qui s'élève soudainement et qui est généralement accompagné de précipitations. Il se produit...) du Soleil (voir le schéma ci-dessous). Grâce à des simulations numériques, les chercheurs ont vérifié ce phénomène de photophorèse. Ils ont démontré que les grains de silicates cristallins formés dans la partie interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet pendant une durée variable selon le "Diplôme...) et chaude du disque protoplanétaire à proximité du Soleil ont migré jusque dans sa partie externe et froide avant de prendre part à la formation des comètes.

Cette nouvelle explication physique pourrait expliquer la position de certains anneaux de poussières observés dans les disques protoplanétaires et permettrait ainsi de mieux comprendre les conditions de formation des planètes.


sources:techno-science.net